Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Разработка и исследование аппаратуры для измерения основных характеристик оптических систем и приборов

Диссертация: Разработка и исследование аппаратуры для измерения основных характеристик оптических систем и приборов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Практическая ценность работы заключается в том, что, разработаны принципиальные оптические схемы ряда устройств нового типа для измерения различных характеристик оптических систем и приборов, алгоритм обработки результата измерения и предложена методика выбора конструктивных параметров этих устройств. Структура диссертации. Диссертация включает в себя введение, четыре раздела и заключение… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Аналитический обзор научно-технической и патентной литературы по вопросу устройств и методов измерения радиусов кривизны и фокусных расстояний оптических систем
    • 1. 1. Измерение радиусов кривизны сферических поверхностей оптических систем
      • 1. 1. 1. Механические методы измерения радиусов кривизны сферических поверхностей оптических систем
      • 1. 1. 2. Методы измерения радиусов кривизны сферических поверхностей оптических систем с использованием специальных контактных элементов
      • 1. 1. 3. Коллимационные методы измерения радиусов кривизны сферических поверхностей оптических систем
      • 1. 1. 4. Интерференционные методы измерения радиусов кривизны сферических поверхностей оптических систем
      • 1. 1. 5. Зеркальные методы измерения радиусов кривизны сферических поверхностей оптических систем
      • 1. 1. 6. Лазерные методы измерения радиусов кривизны сферических поверхностей оптических систем
      • 1. 1. 7. Голографические методы измерения радиусов кривизны сферических поверхностей оптических систем
    • 1. 2. Измерение фокусных расстояний оптических систем
      • 1. 2. 1. Коллимационные методы измерения фокусных расстояний
      • 1. 2. 2. Автоколлимационные методы измерения фокусных расстояний
      • 1. 2. 3. Интерференционные методы измерения фокусных расстояний
      • 1. 2. 4. Комбинированные методы измерения фокусных расстояний
  • Выводы
  • 2. Теоретическое обоснование направления совершенствования оптических измерительных приборов
    • 2. 1. Фотоприемные устройства в измерительной технике
    • 2. 2. Измерение фокусных расстояний оптических систем
    • 2. 3. Математическая модель фокометра
  • Выводы
  • 3. Варианты схемных решений ряда оптических измерительных задач
    • 3. 1. Измерение малых фокусных расстояний
      • 3. 1. 1. Оптический измерительный блок
      • 3. 1. 2. Оптическая схема фокометра с подвижным фотоприемным устройством
      • 3. 1. 3. Устройство для измерения фокусных расстояний фотообъективов
      • 3. 1. 4. Оптический измерительный блок с неподвижным фотоприемным устройством
      • 3. 1. 5. Фокометр с неподвижным фотоприемным устройством
    • 3. 2. Измерение средних и больших фокусных расстояний оптических систем
      • 3. 2. 1. Оптические измерительные блоки
      • 3. 2. 2. Оптические схемы устройств для измерения средних и больших фокусных расстояний
    • 3. 3. Оптические приборы для офтальмологии
      • 3. 3. 1. Проекционные диоптриметры
      • 3. 3. 2. Автоматический диоптриметр
      • 3. 3. 3. Устройство для измерения межзрачкового расстояния очков
    • 3. 4. Автоматический сферометр
  • Выводы
  • 4. Универсальные контрольно-измерительные приборы
    • 4. 1. Автоматический фокометр-сферометр
    • 4. 2. Универсальный прибор для проверки очков
    • 4. 3. Комплексное устройство для измерения характеристик телескопических систем

Разработка и исследование аппаратуры для измерения основных характеристик оптических систем и приборов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В настоящее время оптические и оптико-электронные приборы все глубже внедряются во все области человеческой деятельности: от использования в быту и производстве до научных исследований и сложных экспериментов. Интерес к оптическим приборам, очевидно, долгое время не будет ослабевать, а значит, появятся новые, более точные и современные приборы, основой которых останутся оптические системы.

Разрабатывая и строя совершенные оптические приборы, нельзя обойтись без современных высокоточных автоматизированных устройств для контроля и измерения характеристик оптических систем, сборочных единиц и оптических приборов в целом.

Актуальность темы

Под воздействием естественного процесса развития науки и техники сложилась традиционная технология измерения характеристик оптических систем и приборов, используемая в оптическом производстве. Эта технология основывается на низкопроизводительных, громоздких приборах визуального типа, часто невысокой степени точности. Традиционная технология не отвечает современным требованиям в области измерений.

Является очевидной сложная, разветвленная структура изготовления оптического прибора, на каждом этапе производства которого необходимо измерение определенных характеристик, для получения, в конечном счете, прибора с заданными техническими параметрами. В некоторых случаях необходим стопроцентный контроль, но в условиях массового производства при существующих методах контроля это требование не выполнимо, или приводит к непомерному росту себестоимости прибора, что противоречит современным требованиям производства.

Для определения возможных путей развития контрольно-юстировоч-ной базы оптического производства следует проанализировать достоинства и недостатки существующих методов оптических измерений. Для каждого этапа изготовления оптического прибора характерен свой перечень измеряемых характеристик. Очевидно, что проанализировать все существующие методы измерения всех характеристик оптических систем и приборов на каждом этапе их изготовления в рамках данной работы невозможно, поэтому следует ограничить круг исследуемых оптических систем и их характеристик, влияющих на качество оптического изображения в целом.

Не вызывает сомнений, что наиболее характерной оптической системой является линза. Две основных характеристики, которой — радиусы кривизны сферических поверхностей и фокусное расстояние, необходимо контролировать при изготовлении.

Целью диссертационной работы является разработка объективных методов и принципиальных схем измерительных устройств для измерения характеристик оптических систем и приборов.

Указанная цель достигается путем решения следующих задач:

— обзора и анализа существующих принципов и приборов для измерения некоторых характеристик оптических систем и приборов;

— определением основных перспективных направлений в области измерительной техники;

— исследованием точностных характеристик современных фотоприемных устройств;

— созданием оригинальной математической модели на базе системы линейных уравнений;

— разработкой метода измерения в двух плоскостях;

— разработкой алгоритма обработки результата измерений;

— разработкой принципиальных схем и точностным анализом оптических измерительных приборов.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что впервые:

— оригинальная математическая модель на базе системы линейных уравнений связана с принципом построения оптического измерительного прибора;

— исследована математическая модель с целью выявления погрешностей оптического измерительного прибора;

— разработана методика выбора конструктивных параметров устройства для измерения фокусных расстояний оптических систем при заданной точности измерения;

— предложен объективный метод измерения характеристик оптических систем и приборов.

На защиту выносятся:

— математическая модель, описывающая ход луча в прямоугольной системе координат и позволяющая определять коэффициент, соответствующий фокусному расстоянию оптической системы;

— методика выбора конструктивных параметров устройства для измерения фокусного расстояния оптических систем в зависимости от желаемой точности измерения;

— принципиальные схемы устройств для измерения характеристик оптических систем и приборов;

— алгоритм обработки результата измерений;

— комплексное устройство для измерения характеристик телескопических систем.

Практическая ценность работы заключается в том, что, разработаны принципиальные оптические схемы ряда устройств нового типа для измерения различных характеристик оптических систем и приборов, алгоритм обработки результата измерения и предложена методика выбора конструктивных параметров этих устройств.

Особое внимание уделено оптическим приборам медицинского направления, используемым в офтальмологии.

Апробация работы и публикации. Результаты диссертационной работы докладывались на конференциях:

— Международной конференции «Авангардные технологии, оборудование, инструмент и компьютеризация производства оптико-электронных приборов в машиностроении». Новосибирск, 1995 г.;

— ХЬУ научно-технической конференции преподавателей СГГА. Новосибирск, 1995 г.;

— ХЬУ1 научно-технической конференции СГГА посвященной 30-летаю оптического факультета. Новосибирск, 1996 г.;

— ХЬУП научно-технической конференции преподавателей СГГА. Новосибирск, 1997 г.;

— Международной НТК «220 лет геодезическому образованию в России», посвященной 220-летию со дня основания Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК). Москва, 1999 г.;

— Всероссийском форуме «Восток — Сибирь — Запад. Всероссийский экономический форум. Сибирь: экспорт — импорт. Международная промышленная выставка». Новосибирск, 1999 г.

Основные положения изложены в 12 печатных работах, включая тезисы 5 докладов, 3 заявки на изобретения и учебное пособие для студентов оптического факультета — «Новые оптико-электронные приборы для оптических измерений». В работах, написанных в соавторстве, личный вклад соискателя состоял в разработке математической модели, алгоритма обработки результата измерений, проведении теоретических выводов и расчетов, разработке принципиальных схем ряда приборов.

На основании теоретических положений разработано и изготовлено оптико-электронное устройство для измерения фокусных расстояний фотообъективов.

Структура диссертации. Диссертация включает в себя введение, четыре раздела и заключение. Аналитический обзор выполнен в первом разделе. Во втором разделе рассмотрено теоретическое обоснование решения поставленной задачи. Третий раздел посвящен проблеме схемного решения.

Основные результаты, полученные в ходе работы, могут быть обобщены следующими пунктами:

— произведен сравнительный анализ различных методов и установок для измерения радиусов кривизны сферических поверхностей и фокусных расстояний силовых оптических систем. Установлено несоответствие существующих контрольно-измерительных приборов современным требованиям автоматизации и универсальности при выполнении измерений. Проанализирована возможность использования ряда электронных ФПУ в качестве приемника информации в точном оптическом измерительном приборе;

— в соответствие распространению луча света после силовой оптической системы поставлена линейная функция, вид которой зависит от фокусного расстояния системы;

— предложен бесконтактный метод измерения фокусных расстояний силовых оптических систем и некоторых других характеристик оптических приборов;

— разработана методика определения конструктивных параметров оптических измерительных блоков в соответствии с необходимой точностью измерений;

— разработаны оптические измерительные блоки, на базе которых предложен ряд устройств для измерения характеристик оптических систем и приборов в автоматическом режиме. Проведенный анализ подтверждает высокие точностные характеристики предлагаемых устройств;

— на основе экспериментальных данных выбрано ФПУ, которое может быть использовано при реализации предложенного метода измерений.

— экспериментальные исследования макета одной из разработанных установок подтверждают правильность теоретических выводов.

Таким образом, полученные в ходе работы результаты, содержащие.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Г. В., Лазарева Н. Л., Пуряев Д. Т. Оптические измерения.- М.: Машиностроение, 1987. 263 с.
  2. В.А. Оптические измерения. М.: Недра, 1968. — 264 с.
  3. Д.Д. Изготовление и исследование астрономической оптики. JL- М.: Гостехиздат, 1948. — 280 с.
  4. А. Измерение радиусов кривизны сферических поверхностей, применяемых в оптике. Л — М.: ОНТИ, 1936. — 147 с.
  5. A.c. 1 460 600 СССР. МКИ G 01 В 11/24. Способ контроля радиуса кривизны сферических поверхностей оптических деталей / Ю.П. Контиев-ский, A.B. Бакеркин. Заявл. 08.06.87- Опубл. 23.02.89, Бюл. № 7 // Открытия. Изобретения. — 1989. — № 7. — С. 56.
  6. A.c. 1 379 615 СССР. МКИ G 01 В 11/24. Устройство для измерения радиуса кривизны сферической поверхности оптической детали / A.B. Бакеркин. Заявл. 16.09.86- Опубл. 07.03.88, Бюл. № 9 // Открытия. Изобретения.- 1988.-№ 9.-С. 120.
  7. А.И., Захарова В. К. Измерение радиусов кривизны // ОМП.- 1962.-№ 11.- С. 18−20.
  8. A.c. 1 293 484 СССР. МКИ G 01 В 11/24. Способ измерения радиуса кривизны сферической поверхности оптической детали / A.B. Бакеркин. Заявл. 11.01.85- Опубл. 28.02.87, Бюл. № 8 // Открытия. Изобретения. — 1987. -№ 8. — С. 235.
  9. A.c. 1 747 882 СССР. МКИ G 01 В 11/24. Способ измерения радиуса кривизны сферической поверхности оптической детали / A.B. Бакеркин. Заявл. 03.08.90- Опубл. 15.07.92, Бюл. № 26 // Открытия. Изобретения. — 1992. -№ 26.-С. 83.
  10. A.c. 1 322 088 СССР. МКИ G 01 В 11/24. Способ измерения радиуса кривизны поверхности оптической детали / A.M. Горбань, Ю. Б. Пасько,
  11. B.K. Разунков, В .П. Тетера, В. П. Ялинич. Заявл. 10.11.84- Опубл. 07.07.84, Бюл. № 25 // Открытия. Изобретения. — 1987. — № 25. — С. 115.
  12. A.c. 1 747 881 СССР. МКИ G 01 В 11/24. Способ контроля радиуса кривизны оптических сферических поверхностей / A.A. Курибко, Н. С. Селезнев. Заявл. 11.03.90- Опубл. 15.07.92, Бюл. № 26 // Открытия. Изобретения. — 1992. -№ 26. — С. 73.
  13. Л.М., Пуряев Д. Т., Знаменская М. А. Практика оптической измерительной лаборатории. М.: Машиностроение, 1974. — 333 с.
  14. ГОСТ 13 095–82. Объективы. Методы измерения фокусного расстояния Введ. 01.01.84. — М.: Изд-во Стандартов, — 1982. — 11 с.
  15. A.c. 2 025 692 Россия. МКИ G 01 М 11/00. Способ измерения характеристик оптических систем / A.C. Васютин. Заявл. 26.12.91- Опубл. 30.12.94, Бюл. № 24 // Открытия. Изобретения. — 1994. — № 24. — С. 92.
  16. A.c. 892 205 СССР. МКИ G 01 В 11/00. Устройство для контроля фокусных расстояний положительных линз / A.B. Подобрянский, А. Д. Заболотский. Заявл. 10.04.80- Опубл. 23.12.81, Бюл. № 47 // Открытия. Изобретения. — 1981. -№ 47. -С. 211.
  17. A.c. 1 048 346 СССР. МКИ G 01 М 11/00. Способ определения оптических характеристик длиннофокусных объективов / О. Г. Лысенко, О. Г. Мартыненко, А. И. Жидович. Заявл. 08.04.82- Опубл. 15.10.83, Бюл. № 38 И Открытия. Изобретения. — 1983. — № 38. — С. 118.
  18. A.c. 1 300 316 СССР. МКИ G 01 М 11/00. Устройство определения фокусного расстояния объективов / П. А. Санников. Заявл. 19.11.85- Опубл. 30.03.87, Бюл. № 12 // Открытия. Изобретения. — 1987.- № 12. -С. 47.
  19. П.А. Определение фокусного расстояния оптических систем методом продольного увеличения // ОМП. 1987. — № 3. — С. 47 — 51.
  20. A.c. 1 612 214 СССР. МКИ G 01 M 11/00. Устройство для определения фокусного расстояния оптической системы / П. А. Санников. Заявл. 27.01.86- Опубл. 07.12.90, Бюл. № 45 // Открытия. Изобретения. — 1990. -№ 45. -С. 163.
  21. A.c. 1 696 930 СССР. МКИ G 01 M 11/00. Способ определения фокусного расстояния оптической системы / Я. Г. Соскинд, C.B. Морозов, К. Ю. Саар, И. В. Москаленко. Заявл. 04.05.88- Опубл. 07.12.91, Бюл. № 45 // Открытия. Изобретения. — 1991. — № 45. — С. 66.
  22. A.c. 1 578 553 СССР. МКИ G 01 M 11/02. Способ измерения фокусного расстояния объектива / В. М. Волков, А. И. Шарапа, В. Н. Шпилевая. -Заявл. 16.11.87- Опубл. 15.07.90, Бюл. № 26 // Открытия. Изобретения. -1990.-№ 26.- С. 263.
  23. A.c. 1 652 852 СССР. МКИ G 01 M 11/00. Способ определения фокусного расстояния объектива / Ю. В. Кондратов. Заявл. 26.06.89- Опубл. 30.05.91, Бюл. № 20 // Открытия. Изобретения. — 1991. — № 20. — С. 208.
  24. В.А., Сире А. Ш. Мировые тенденции развития методов и средств измерений: Аналит. обзор М.: Изд-во стандартов, 1994. -71с.
  25. В.Б., Литовченко Т. Д., Шаповал C.JL, Паламар-чук A.JI. Многоэлементные кодовые All BIV фоторезисторы // ОМП.- 1986.-№ 5.-С. 19−21.
  26. .С., Ревекина Э. И., Таубкин И. И., Тришенков М. А., Фример А. И., Фролов Н. В. Кремниевый многоэлементный кодовый фотоприемник // ОМП. 1983. — № 2. — С. 45 — 47.
  27. C.B., Логинов A.B. Многоэлементные приемники изображения. Новосибирск: Наука Сибир. отд-ние, 1991. — 96 с.
  28. М.Д., Бараночников М. Л. Приемники оптического излучения. М.: Радио и связь, 1987. — 296 с.
  29. Г. В., Ванюшкин Ю. А., Нужин A.B., Ярышев С. Н. Использование матричных ПЗС для автоматизации процесса фокусировки // ОМП. 1989.-№ 3.-С. 48−51.
  30. Ю.М., Пивоварова Л. Н. Фотоэлектрические автоколлиматоры // Опт. журн. 1992. — № 9. — С. 3 — 12.
  31. Ю.С. Определение предельных погрешностей измерительных систем с преобразователями на приборах с зарядовой связью // ОМП. 1990. — № 4. — С. 70 — 73.
  32. Ю.М. Фотоэлектрические автоколлиматоры // ОМП. 1970. — № 5. — С. 55 — 63.
  33. А.Я., Гримблатов В. М., Окунишников О. Н. Метод измерения смещения пучков с флуктуирующими параметрами при помощи квадрантного фотоприемника // Измер. техника. 1989. — № 9. — С. 16−18.
  34. Пат. 1 383 127 Россия, МКИ G 01 M 11/00. Способ измерения фокусных расстояний оптических элементов и устройство для его осуществления / Б. А. Пизюта, Г. А. Сырова, П. Ф. Шульженко. Заявл. 16.04.86- Опубл. // Открытия. Изобретения. — 1988. — № 11. — С. 189.
  35. A.c. 1 695 162 СССР. МКИ G 01 M 11/00. Фокометр / Б. А. Пизюта.- Заявл. 12.05.89- Опубл. // Открытия. Изобретения. 1991. — № 44. — С. 56.
  36. Пат. 1 523 907 Россия, МКИ G 01 В 9/02. Сферометр / Б.А. Пи-зюта, Г. А. Сырова, П. Ф. Шульженко. Заявл. 09.11.87- Опубл. // Открытия. Изобретения. — 1989. — № 43. — С. 122.
  37. Пат. 2 006 792 Россия, МКИ G 01 В 11/00. Устройство для измерения радиусов кривизны поверхности детали / Б. А. Пизюта. Заявл. 22.03.91- Опубл. // Открытия. Изобретения. — 1994. — № 2. — С. 89.
  38. В.А., Ялунина Г. В. Основы метрологии. М.: ИПК Изд-во стандартов, 1995. — 280 с.
  39. И.О., Пизюта Б. А. Фотоприемные устройства в измерительной технике / Сиб. гос. геодез. акад. Новосибирск, 1998. — 7 с. Деп. в ВИНИТИ № 1992−98.
  40. И.О. Математическая модель фокометра // Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. «220 лет геодез. образованию в России», по-свящ. 220-летию со дня основания Моск. гос. ун-та геодезии и картографии. (МИИГАиК). М.: МГУГК. — 1999. — С. 69 — 70.
  41. ГОСТ 4994–57. Стекла очковые неастигматические с рефракцией от -20 до +10 дптр. Нефацетированные -Введ.01.07.58. -М.: Комитет стандартов, мер и измерительных приборов, -1960. -С. 267−274.
  42. ГОСТ 7720–58. Стекла очковые неастигматические с рефракцией от +10,5 до +20 дптр. Нефацетированные. Введ. 01.01.59. — М.: Комитет стандартов, мер и измер. приборов, 1960. — С. 275 — 277.
  43. М.Н. Допуски и качество оптического изображения. JT.: Машиностроение, 1989. — 220 с.
  44. И.А. Прикладная оптика. Геометрическая оптика и методы расчета оптических систем. М.: Машиностроение, 1965. — 362 с.
  45. Фокометр / Пизюта Б. А., Михайлов И. О., Левковец В. В. // Заявка 97 107 947/28. Приоритет 13.05.97 // Открытия. Изобретения. 1999. — № 12. 4.2.-С. 292.
  46. Фокометр / Пизюта Б. А., Михайлов И. О. // Заявка 96 111 800/28.
  47. Приоритет 11.06.96 // Открытия. Изобретения. 1998. — № 28. Ч. 1. — С. 130.
  48. Д.М. Краткий справочник медицинского оптика. JL: Медицина, 1970. — 320 с.
  49. .А., Михайлов И. О. Новые оптико-электронные приборы для оптических измерений: Учеб. пособие для студентов опт. фак. Новосибирск.: СГГА, 1996. — 76 с.
  50. ГОСТ Р 50 606−93 Оптика и оптические приборы. Диоптриметры Введ. 01.01.95. — М.: Изд-во Стандартов, 1995.
  51. ГОСТ Р 51 044−97 Линзы очковые. Общие технические условия -Введ.01.01.98. М.: Изд-во Стандартов,-1998.
  52. Л.С., Айзенштат Л. И., Зубюк В. Н., Ежов Н. И., Левицкая Б. Б., Торопова Г. Г. Технология изготовления очков. М.: Медицина, 1990.-356 с.
  53. Сферометр / Михайлов И. О., Пизюта Б. А // Заявка 95 111 943/28. Приоритет 25.07.95 // Открытия. Изобретения. 1997. — № 17. — С. 24.
  54. И.О., Пизюта Б. А. Автоматизация процесса измерения параметров телескопических систем // Вестник СГГА. Новосибирск, 1998. -Вып. 3.-С. 90−95.
  55. И.О. Точностной анализ автоматизированного комплекса для измерения параметров телескопических систем / Сиб. гос. геодез. акад. Новосибирск, 1998. — 16 с. Деп. в ВИНИТИ № 1990-В98.
  56. И.О., Пизюта Б. А. Оптико электронный фокометр // Восток — Сибирь — Запад. Всерос. эконом, форум. Сибирь: экспорт — импорт. Междунар. промышл. выставка. Тез. докл. — Новосибирск: СГГА. — 1999. -С. 56.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!